浅析基于WiFi 的智能家居系统

孟晓丽 西安外事学院工学院计算机工程系 710077

基金项目：陕西省教育厅科学研究计划项目（14JK2105），陕西省科技厅自然科学基金（2014JM8323）。

【文章摘要】

本文首先叙述了智能家居的发展和智能家居的相关概念，并分析了无线通信技术在智能家居中的应用。接着叙述了WiFi 技术的概念，WiFi 技术的特点及性能等，最后分析了基于WiFi 技术的智能家居系统和工作原理，并分析了基于WiFi 插座的智能家居系统。

【关键词】

WiFi ；WiFi 插座；智能家居系统

1 无线通信控制在智能家居中的应用

传统的智能家居一般是通过有线方式对家庭设备进行布线，实现控制和相互通信的。有线通信控制系统布线繁琐，成本高，系统的可扩展性差。

随着无线通信技术的发展，利用无线通信技术对家庭设备进行控制，已成为实现智能家居系统的理想选择。无线通信控制具有安装和布线简单的优势，基于无线通信技术实现对家庭设备控制的智能家居系统可以避免破坏已有的装修、减少室内各种布线，可以更好的满足人们对智能化生活的需求。

目前，在智能家居中应用的无线通信技术主要包括：红外通信技术、小于1 GHz 的无线射频技术（如315MHz、433MHz）、Blue-tooth 技术、ZigBee 通信技术、WiFi 技术、EnOcean 技术、Insteon 技术、Z— Wave 技术等。其中无线射频技术已经很成熟，其成本低廉、穿透性较好，但抗干扰性差、安全性差，且目前绝大部分应用只能单向通讯。红外技术也比较成熟，但必须直线视距连接，限制太大，并不适合智能家居的发展。蓝牙技术属于IEEE802.15 协议，适合于语音业务及需要更高数据量的业务，如移动电话、耳机等等。ZigBee 技术也属于IEEE802.15 协议，在一定范围内与蓝牙技术有重叠，但ZigBee 的数据传输功耗低、成本低使得它更适合于在智能家居系统中使用。EnOcean 技术无需电池，功耗最低，传输距离最远。 Insteon 是一种复杂度低、功耗低、数据传输速率低、成本低的双向混合通信技术，其工作在131.65kHz 的电力线和904MHz 的ISM 频段上。 Z-Wave 是Z-Wave 联盟推出的一种基于射频的、低成本、低功耗、适用于无线传感器网络的高可靠性的无线通信技术，其工作频段为908MHz ISM 频带，其着力于窄带宽应用。 但面对“云”计算全面引入的今天，以上技术就难以满足要求了，WiFi 技术因其低成本、最易与互联网连接成为了智能家居界的宠儿。

2 基于WiFi 技术的智能家居系统

WiFi(Wireless Fidelity) 是IEEE（美国电子和电气工程师协会）802.11b 无线网络规范，是IEEE802.11 网络规范的变种， 最高带宽为11Mbps，在信号较弱或有干扰的情况下，带宽可调整为5.5Mbps、2Mbps 和1Mbps，能够自动调整的带宽有效地保障了网络的稳定性和可靠性。WiFi 的优点是传输速度快，兼容性强，有效距离长， 在开放性区域，通讯距离可达305 米，在封闭性区域，通讯距离为76 米到122 米， 方便与现有的有线以太网络整合，组网的成本更低。

WiFi 通信技术可以将家居设备以无线方式接入宽带互联网，帮助用户实现WWW、上传、下载、E-mail、Web 和远程登录等互联网技术。尤其对于手持终端（如PAD、笔记本、手机等）等接入更是一种主流技术。

基于WiFi 的智能家居系统由WiFi 家庭局域网、家庭网关、Internet 网络、无线路由器、手机接入网络（2G/3G/4G 等) 和无线控制终端等组成，如图1 所示。

家庭网关具备Internet 网络接入功能，家庭局域网与TCP/IP 协议间的转换， 家庭局域网中各种不同通信协议之间的协议转换，运行各种智能家电管理软件等功能。

具体工作原理：WiFi 家庭局域网由若干个无线智能子节点组成，每个智能子节点上都包含一个无线WiFi 接收模块，家庭网关上有一个无线WiFi 发射模块。通过这些无线WiFi 接收与发送模块，一方面，家庭网关与无家庭局域网中各个子节点的进行通信，实现对智能家居中各子节点的控制；另一方面，家庭网关与Internet 网络的相互通信，进行数据传输， 实现Internet 网对家庭网关的控制。最终通过家庭网关实现家庭局域网与Internet 网络的相互通信，从而实现对各智能子节点的远程控制。

3 基于WiFi 插座的智能家居系统

WiFi 插座具备普通WiFi 模块的基本功能，进行数据的无线接收与发送，实现节点间的相互通信以及节点与Internet 网络相互通信，同时，WiFi 插座利用内嵌的单片机，使得普通的家用电器设备和工业设备不需要运行在操作系统，而实现裸机驱动；同时，WiFi 模块可以运行各种智能家电管理软件；最后，WiFi 插座还内嵌了TCP/IP 协议，具备了家庭网关的Internet 网络接入功能，家庭局域网与TCP/IP 协议间的转换，家庭局域网中各种不同通信协议之间的协议转换等功能，从而使得接入WiFi 插座的智能家居不需要家庭网关而正常运行。此外，家里的一些老式非智能电器与WiFi 插座相连，可以通过智能终端为插座添加定时开关指令、定时指令等，设定好相应指令后，插座可以进行指令储存，使得老式非智能电器转变为智能电器。

具有WiFi 插座的智能家居应用系统由WiFi 插座、无线路由器、Internet 网络、手机接入网络（2G/3G/4G 等) 和无线控制终端等组成，如图2 所示。

图2 基于WiFi 插座的智能家居系统

具有WiFi 插座的智能家居应用系统即插即用，安装使用简单方便，可以直接插在已装修好房屋的插座上，进行插座的随意扩充，实现家庭局域网的随意扩展与缩减，并且完美保护了现有的装修环境；不需要单独设立家庭网关，降低了智能家居的整体费用；利用智能手机对家庭网络中的任一节点进行随时随地的远程控制， 灵活、方便、快捷。

4 结语

随着人们生活水平的不断提高，人们越来越注重生活的质量，智能家居便随之越来越深得人们的青睐，基于WiFi 技术的智能家居系统和基于WiFi 插座的智能家居系统，可以在现有装饰的基础上实现智能家居系统，对家用电器的进行智能化控制并实现在线服务，后期的维护也更加方便。

【参考文献】

[1] 周洪, 胡文山, 张立明, 卢亦焱. 智能家居控制系统[M]. 中国电力出版社.2006-01 出版

[2] 吴新文, 王红莲.BC 结合GPS 实现数据精确采集与同步系统[J]. 微计算机信息. 2008, 1-1 ：187- 189

【作者简介】

孟晓丽，西安外事学院工学院计算机工程系，女，1978.04，副教授，硕士研究生，研究方向：计算机应用

图1 基于WiFi 的智能家居系统047